工程材料-塑性加工培训课件

第八章塑性加工作者：陈瑞玲概述金属在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的产品(原材料、毛坯或零件)的加工方法，又称压力加工固态流动成形一.优点

1.力学性能优组织细、密，形成锻造流线

2.材料利用率高是通过材料转移(体积不变)的无屑成形，精密塑性加工方法可实现无切屑加工294第八章塑性加工作者：陈瑞玲29413.适应性较广合金种类与制品尺寸、重量范围广

4.生产率高易实现机械化、自动化二.局限

1.要求材料具有良好塑性

2.形状通常较铸件简单，特别是内腔

3.设备、模具投资费用高三.应用广泛用于工业生产各领域，制作各种原材料、机械设备等零件2953.适应性较广合金种类与制品尺寸、重量范围广29528.1锻造成形一.自由锻(一)概述

1.概念坯料在上下砧之间受压(冲击力或静压力)后，在非受力方向自由流动塑性变形，获得锻件

2.特点与应用

(1)工具简单，通用性较大，无需专用模具

(2)大、中、小型件均可锻造2968.1锻造成形一.自由锻2963(3)生产率较低，锻件形状简单，精度低，加工余量大，材料损耗多适于多品种、单件、小批生产，对于大型锻件，是唯一加工方法

3.设备

(1)空气锤(冲击力)

锻造小型件

(2)蒸汽-空气锤(冲击力)

锻造质量<1500kg的锻件

(3)水压机(静压力)

锻造质量达300t的锻件297(3)生产率较低，锻件形状简单，精度低，加工余量大，材料损4(二)自由锻工序

1.基本工序使金属坯料产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工序

(1)镦粗坯料高度减小、截面增大

(2)拔长坯料长度增加、截面减小

(3)冲孔在坯料上获得内孔还有弯曲、切割、扭转、错移等

2.辅助工序为方便基本工序操作，进行的预先变形工序，如压肩、倒棱、压钳口

3.精整工序减少锻件表面缺陷(不平、歪扭等)的工序，如滚圆平整、校正弯曲等298(二)自由锻工序2985(三)自由锻工艺规程的制订

1.绘制锻件图

以零件图为基础，结合自由锻特点绘制

(1)敷料为简化锻件形状，便于锻造而增加的一部分金属如锻不出的凹档、台阶、小孔、斜面、锥面等

(2)锻件余量自由锻件精度低，表面质量差，均要经切削加工制成零件，锻件上需增加供切削加工用的金属299(三)自由锻工艺规程的制订2996

锻件余量大小与零件形状、尺寸有关,具体可查表

(3)锻件公差锻件名义尺寸的允许变动量锻件名义尺寸=零件名义尺寸+(敷料)余量公差根据锻件形状、尺寸及生产条件选取300锻件图锻件余量大小与零件形状、尺寸有关,具体可查表300锻7

2.选择锻造工序

根据锻件形状和工序特点确定(1)盘类零件：镦粗(或拔长-镦粗)、冲孔等(2)轴类零件：拔长(或镦粗-拔长)、切肩、锻台阶等301齿轮零件图齿轮锻件图下料镦粗垫环局部镦粗冲孔冲子扩孔修整2.选择锻造工序301齿轮零件图齿轮锻件图下料镦粗垫环局冲8

3.坯料质量和尺寸计算

(1)坯料质量

m坯=m锻+m烧+m料头

m烧≈2.5m锻%

(2)坯料尺寸先根据坯料质量算出坯料体积再考虑锻造比与变形方式确定坯料截面尺寸锻造比y=

y值,可查有关手册然后确定坯料长度302变形前坯料截面积F0(或高度H0)变形后坯料截面积F(或高度H)3.坯料质量和尺寸计算302变形前坯料截面积F0(或高度H9

此外，还要选择锻造设备,确定锻造温度范围和锻后冷却规范等二.模锻(一)概述

1.概念

坯料在模具模膛内受压，在模膛限制下流动塑性变形，获得与模膛形状相符的锻件303此外，还要选择锻造设备,确定锻造温度范围和锻后冷却规范等10

2.优点(1)锻件精度高,加工余量小,表面粗糙度小，减少切削加工量，材料利用率高(2)可锻造形状较复杂的锻件(3)锻件流线分布较完整合理,力学性能高(4)生产率较高,易实现自动化

3.缺点

(1)模具制造费用高，不宜小批、单件生产

(2)受设备吨位限制，锻件重量一般<150kg

适于中小型锻件的大批生产，飞机、坦克、汽车、机车上的锻件中大部分是模锻件1.设备主要使用蒸汽-空气模锻锤3042.优点30411

模锻锤的锤击力大小与锤击频率可控，在各种模锻方法中具较好适应性模锻件质量为0.5～150kg2.锻模结构

3.模膛分类(按功用分)(1)模锻模膛

终锻模膛

锻件最终成形的模膛，其形状与锻件相同305模锻锤的锤击力大小与锤击频率可控，在各种模锻方法中具较12

要求:终锻模膛尺寸较锻件放大一个收缩量,沿模膛四周开飞边槽:强迫金属充填型腔,并容纳多余金属预锻模膛使终锻时金属容易充满终锻模膛，形状、尺寸接近终锻模膛,要求较终锻模膛圆角和斜度大、不设飞边槽形状简单、批量小的锻件可不设预锻模膛

(2)制坯模膛

(对形状复杂锻件)使坯料基本接近模锻形状，以利于金属很好充满模膛306要求:终锻模膛尺寸较锻件放大一个收缩量,30613

拔长模膛滚挤模膛弯曲模膛成形模膛

4.制订模锻工艺规程

(1)绘制模锻件图

(以零件图为基础)

分模面上下锻模在模锻件上的分界面307取不出锻件易错模孔锻不出模膛太深合理分模面拔长模膛滚挤模膛307取不出锻件易错模孔锻不出模14

选在模锻件最大截面上(上图左1)

分模面处上下模膛的轮廓相同(上图左2)

使模膛深度最浅(上图左3)

使锻件中敷料最少(上图左3)

尽量使分模面为平面，上下模膛深度差别不大

余量、公差和敷料模锻件余量与公差比自由锻件小：余量一般为1～4mm，偏差一般取±0.3～3mm锻件上孔径d≥25mm,且深度h≤2d孔应锻出,但需留冲孔连皮s,孔径为30～80mm时，s取4～8mm308s选在模锻件最大截面上(上图左1)308s15

模锻斜度

锻件上垂直与分模面的表面(侧壁)须具斜度,以便锻件从模膛中取出

模锻斜度通常取5°～15

模膛深度/模膛宽度(h/b)愈大，斜度值取得愈大内壁斜度2应较外壁斜度1大2°～5°

模锻圆角半径锻件上两表面交角处应有圆角,便于锻造时金属流动,防止模具尖角产生裂纹，并减少磨损，提高使用寿命309模锻斜度30916

外圆角半径r取1.5～12mm

内圆角半径R较r大2～3倍模膛愈深，圆角半径应愈大310齿轮坯模锻件图外圆角半径r取1.5～12mm310齿轮坯模锻件图17

(2)确定模锻工步主要根据锻件形状确定311锻件图坯料拔长成形预锻带枝芽长轴锻件的变形工艺锻件图坯料拔长弯曲叉形长轴锻件的变形工艺镦粗成形镦粗终锻

盘类件变形工艺(2)确定模锻工步主要根据锻件形状确定311锻件图坯18(3)修整工序切(飞)边和冲孔(切连皮)

校正(变形)

热处理

(正火或退火，改善组织与力学性能)

清理(改善表面质量)

精压(提高锻件精度，降低表面粗糙度)

此外，还要计算坯料尺寸、选择设备、确定加热冷却规范等312(3)修整工序31219(三)压力机上模锻

1.摩擦(螺旋)压力机摩擦压力机兼具锻锤与压力机双重特性，且结构简单，造价低，投资少，使用维修方便，中小型工厂用以代替模锻锤、曲柄压力机，进行中小型模锻件的小批中批生产，如铆钉、螺帽、配气阀、齿轮、三通阀体等313(三)压力机上模锻31320

2.曲柄压力机上模锻(1)滑块行程一定，模具具有顶件机构，故锻件形状、尺寸精度高，且可进行局部镦粗(2)作用力为静压力，可采用

组合模，节约了贵重金属(3)在模膛内一次成形，

因此变形应逐步进行(4)生产率高，劳动条件好但设备复杂，造价高，适合大批大量生产3142.曲柄压力机上模锻314218.2板料冲压成形一.概述(一)概念利用冲模使板料产生分离或成形(塑性变形)，获得冲压件的加工方法叫做冲压成形通常在冷态下进行，又称冷冲压，板厚超过8～10mm，采用热冲压(二)优点

1.可冲压形状复杂件

2.冲压件精度高，互换性好

3.冲压件质量轻、强度、刚性较高3158.2板料冲压成形一.概述31522

4.操作简便,易于自动化

5.生产率高,废料较少，冲压件成本低(三)局限

1.原材料必须具有足够塑性与较低变形抗力,如低碳钢、铜合金、铝合金、低碳低合金钢(板、条、带料)

2.模具制造复杂，费用高，不宜单件小批生产(四)应用应用广泛，特别是汽车、拖拉机、航空、电器、仪表及国防工业

适于大批量生产3164.操作简便,易于自动化31623(四)设备

1.剪床

平面剪床、滚剪

2.冲床单曲柄冲床、双曲柄冲床、油压冲床二.分离工序使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序(一)落料和冲孔(冲裁)

使坯料沿封闭轮廓分离的工序落料:要落下部分的料,

冲孔:要冲下的孔317落料冲孔(四)设备317落料冲孔241.冲裁过程2.冲裁凸凹模间隙间隙应合理，否则影响冲裁件断面质量、尺寸精度，以及模具寿命等合理间隙范围取决于板料材质和厚度(表8-1)318弹性变形阶段，出现圆角带塑性变形阶段，出现光亮带断裂分离阶段，产生撕裂带冲裁件1.冲裁过程318弹性变形阶段，出现圆角带塑性变形阶段，出现253.凸、凹模刃口尺寸的确定冲裁件尺寸和冲模间隙由凸、凹模刃口尺寸决定

(1)落料模凹模刃口尺寸

=落料件外形尺寸凸模刃口尺寸

=凹模刃口尺寸-间隙值

(2)冲孔模凸模刃口尺寸=冲孔件孔尺寸凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+间隙值3193.凸、凹模刃口尺寸的确定31926思考凹模式平面吗？思考凹模式平面吗？27产品产品28

考虑工作过程中的磨损：凹模刃口尺寸↑，导致落料件尺寸↑，故落料时取凹模刃口尺寸偏小些凸模刃口尺寸↓，导致冲孔件尺寸↓，故冲孔时取凸模刃口尺寸偏大些

4.冲裁力的计算是选用冲床吨位和设计检验模具强度的重要依据与冲裁周边长度、坯料厚度、材料抗剪强度有关320考虑工作过程中的磨损：32029(二)修整利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉冲裁件断面撕裂带和毛刺，提高冲裁件尺寸精度和降低断面表面粗糙度(三)切断用剪刀或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离321(二)修整32130三.成形工序坯料的一部分相对另一部分产生位移(塑性变形)而不破裂的工序(一)拉深

1.拉深过程

将平板坯料变形成开口中空件的成形工序322三.成形工序322313232.拉深系数

=拉深系数mm是衡量拉深变形程度的指标

m↓，变形程度↑，坯料拉入凹模愈困难，易拉裂.一般，拉伸系数m≮0.5～0.8坯料制品3232.拉深系数坯料制品32m受坯料塑性、板材厚度、模具圆角、凸凹模间隙、润滑条件、压板压力大小等因素影响对深腔拉深件，可采用多道次拉深，这样，每道次拉深系数不会太小，但总拉深系数变小(m总=m1×m2×m3×m

多道次拉深过程中，会产生加工硬化现象，因此，拉深几次后,应及时安排软化退火，以提高塑性，并且拉深系数应逐次增大324m受坯料塑性、板材厚度、模具圆角、凸凹模间隙、润滑条件333.拉深件的成形质量问题最常见的质量问题是破裂和起皱

(1)破裂通常出现在直壁与底部过渡圆角处，原因：凸凹模圆角半径设计不合理圆角半径过小易产生拉裂,

故模缘必须作成圆角凸凹模间隙不合理:间隙过小，摩擦力大，工件易拉裂、擦伤，模具寿命降低一般,凸凹模间隙z=(1.1～1.2)s3253.拉深件的成形质量问题32534

拉深系数过小:导致变形程度加大，拉深件直壁部分承受的拉应力加大，易拉裂模具表面精度和润滑条件差

(2)起皱(法兰部分)

无压边圈或压边力较小,法兰部分在切向压应力作用下产生皱折

板料相对厚度(s/D)、拉深系数m、压边力F0愈小，起皱愈容易326

圆角圆角压板拉深系数过小:导致变形程度加大，拉深件直壁部分承受35(二)弯曲使坯料一部分相对另一部分弯曲成一定角度

1.弯曲半径弯曲时，坯料内侧受压，外侧受拉弯曲太大，会造成工件开裂,坯料厚度s愈大，弯曲半径r愈小，压、拉应力愈大，愈易弯裂327压缩拉伸sr(二)弯曲327压缩拉伸sr36

为防止弯裂，弯曲半径r≮最小弯曲半径rmin,通常rmin＝(0.25～1)s

影响最小弯曲半径rmin的因素：

(1)坯料纤维方向(弯曲线与纤维方向直)(2)坯料塑性(塑性好)(3)坯料表面质量(表面质量好，光洁)2.回弹现象弯曲后因弹性恢复，制品的弯曲部位角度增大328为防止弯裂，弯曲半径r≮最小弯曲半径rmin,通常rm37

回弹角通常<10°，随坯料屈服强度、弯曲角度增大而增大

弯曲模具角度应较弯曲成品件角度小一个回弹角(三)胀形利用坯料局部厚度变薄成形的工序

1.平板坯料胀形(压筋)

在平板上压制突起、凹坑、加强筋、花纹图案、印记等329回弹角通常<10°，随坯料屈服强度、弯曲角度增大而增大38

2.管坯胀形使管坯或局部直径胀大，或形成复杂形状空心件(如波纹管、高压气瓶等)3.球体胀形在强大压力p的作用下，使球形多面体胀成球体

4.拉形在强大拉力p的作用下，坯料紧靠模型产生塑性变形，用于薄板大曲率半径曲面成形330蓝色多面体胀成球体2.管坯胀形330蓝色多面体39(四)翻边

使成形坯料的孔缘或外缘翻成竖直边缘

K0=d0/d翻边系数翻边系数K0愈小，变形程度愈大，翻边边缘会破裂331外翻边圆孔翻边(四)翻边331外翻边圆孔翻边40四.冲压模具

(一)简单冲模(1)冲床一次行程，完成一道冲压工序

(二)连续冲模(2)冲床一次行程，在模具不同工位上同时完成两道以上冲压工序

(三)组合冲模(3)冲床一次行程，在模具同一个工位上同时完成两道以上冲压工序332(1)(2)(3)四.冲压模具332(1)(2)(3)41五.实例

消音器加工333五.实例333428.3挤压、轧制、拉拔等成形一.挤压成形坯料在三向不均匀压应力作用下,从模具的孔口挤出成形,获得制品334金属流动方向正挤压凸模运动方向金属流动方向复合挤压径向挤压挤压可挤出形状复杂、深孔、薄壁、异形断面制品凸模运动方向反挤压8.3挤压、轧制、拉拔等成形一.挤压成形334金属流动方向43二.轧制成形坯料靠摩擦力咬入轧辊，在轧辊相互作用下产生变形

(一)纵轧轧辊轴线平行，反向旋转

1.型材轧制

2.辊锻轧制用一对装有圆弧形模块的相向旋转的轧辊使坯料受压产生塑性变形辊锻可用作模锻前的制坯，也可直接辊锻锻件，如板手等扁断面长杆件，叶片等横截面沿长度方向递减的锻件，连杆件335二.轧制成形335443.辗环轧制用来扩大环形坯料的外径和内径(二)横轧轧辊、坯料轴线平行，轧辊同向旋转3363.辗环轧制33645(三)斜轧(螺旋斜轧)带螺旋型槽的轧辊轴线相互交叉，同向旋转

轧件作螺旋运动(旋转+轴向运动)，同时受压塑性变形，获得制品，如钢球、丝杠、麻花钻等337丝杠斜轧麻花钻斜轧(三)斜轧(螺旋斜轧)337丝杠斜轧麻花钻斜轧46三.拉拔成形坯料从模孔拉出,产生截面缩小、长度增加的塑性变形,获得制品338模孔三.拉拔成形338模孔478.4塑性加工零件的结构工艺性一.自由锻件结构工艺性原则：在满足使用要求的前提下，零件形状应尽量简单和规则

1.尽量避免锥面和斜面

2.不应设计空间曲线交接结构339不合理合理不合理不合理合理合理8.4塑性加工零件的结构工艺性一.自由锻件结构工艺性339483.不应设计筋板、凸台4.避免椭圆形、工字形等它非规则形状截面5.截面急剧变化或形状复杂件采用组合结构如锻焊结构或机械连接340不合理合理不合理合理不合理合理3.不应设计筋板、凸台340不合理合理不合理合理不合理合理49二.模锻件结构工艺性

1.锻件具合理分模面

2.与分模面垂直的非加工侧壁按模锻斜度设计非加工表面形成的角按模锻圆角设计

3.锻件形状力求简单、平直、对称，避免截面间差别过大与高台、高筋、薄壁结构

4.避免窄沟、深沟、深孔、多孔结构

5.复杂件采用锻-焊组合结构341改进后二.模锻件结构工艺性341改进50三.冲压件结构工艺性(一)冲压件的形状与尺寸

1.对落料和冲孔件的要求

(1)落料件外形和孔形力求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等规则形状，避免长槽、细长悬臂结构342(2)孔径、孔间距、孔与边缘距离有最小限值三.冲压件结构工艺性342(2)孔径、孔间距、孔与边缘距离有51(3)边与边交接处应用圆弧连接，避免尖

(4)落料件的外形便于合理排料

2.对弯曲件的要求

(1)形状尽量对称，弯曲半径不能小于最小弯曲半径，并考虑原材料纤维方向

(2)弯曲部位与板料边缘及孔的距离有最小值343不合理合理(3)边与边交接处应用圆弧连接，避免尖343不合理合理52(3)弯曲半径较小的弯边交接处，设止裂孔

3.对拉深件的要求

(1)外形应尽量简单、对称，不要太高344止裂孔消音器原设计改进设计(2)拉深件圆角半径有一最小值(3)弯曲半径较小的弯边交接处，设止裂孔344止裂孔消音器53(二)冲压件结构

改进结构可简化工艺节省材料

1.复杂形状冲压件采用冲焊结构

2.采用冲口工艺减少组合件数量(三)原材板厚允许条件下尽量采用薄材冲压，减少耗材，局部刚度不够处，采用加强筋345冲焊结构组合结构件冲口件(二)冲压件结构345冲焊结构组合结构件冲口件54

11、人生的某些障碍，你是逃不掉的。与其费尽周折绕过去，不如勇敢地攀登，或许这会铸就你人生的高点。

12、有些压力总是得自己扛过去，说出来就成了充满负能量的抱怨。寻求安慰也无济于事，还徒增了别人的烦恼。

13、认识到我们的所见所闻都是假象，认识到此生都是虚幻，我们才能真正认识到佛法的真相。钱多了会压死你，你承受得了吗?带，带不走，放，放不下。时时刻刻发悲心，饶益众生为他人。

14、梦想总是跑在我的前面。努力追寻它们，为了那一瞬间的同步，这就是动人的生命奇迹。

15、懒惰不会让你一下子跌倒，但会在不知不觉中减少你的收获;勤奋也不会让你一夜成功，但会在不知不觉中积累你的成果。人生需要挑战，更需要坚持和勤奋!

16、人生在世：可以缺钱，但不能缺德;可以失言，但不能失信;可以倒下，但不能跪下;可以求名，但不能盗名;可以低落，但不能堕落;可以放松，但不能放纵;可以虚荣，但不能虚伪;可以平凡，但不能平庸;可以浪漫，但不能浪荡;可以生气，但不能生事。

17、人生没有笔直路，当你感到迷茫、失落时，找几部这种充满正能量的电影，坐下来静静欣赏，去发现生命中真正重要的东西。

18、在人生的舞台上，当有人愿意在台下陪你度过无数个没有未来的夜时，你就更想展现精彩绝伦的自己。但愿每个被努力支撑的灵魂能吸引更多的人同行。

19、积极的人在每一次忧患中都看到一个机会，而消极的人则在每个机会中看到了某种忧患。莫找借口失败，只找理由成功。

20、每一个成就和长进，都蕴含着曾经受过的寂寞、洒过的汗水、流过的眼泪。许多时候不是看到希望才去坚持，而是坚持了才能看到希望。

1、有时候，我们活得累，并非生活过于刻薄，而是我们太容易被外界的氛围所感染，被他人的情绪所左右。

2、身材不好就去锻炼，没钱就努力去赚。别把窘境迁怒于别人，唯一可以抱怨的，只是不够努力的自己。

3、大概是没有了当初那种毫无顾虑的勇气，才变成现在所谓成熟稳重的样子。

4、世界上只有想不通的人，没有走不通的路。将帅的坚强意志，就像城市主要街道汇集点上的方尖碑一样，在军事艺术中占有十分突出的地位。

5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。

6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。

7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。

8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。

9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。

10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。

11、失败不可怕，可怕的是从来没有努力过，还怡然自得地安慰自己，连一点点的懊悔都被麻木所掩盖下去。不能怕，没什么比自己背叛自己更可怕。

12、跌倒了，一定要爬起来。不爬起来，别人会看不起你，你自己也会失去机会。在人前微笑，在人后落泪，可这是每个人都要学会的成长。

13、要相信，这个世界上永远能够依靠的只有你自己。所以，管别人怎么看，坚持自己的坚持，直到坚持不下去为止。

14、也许你想要的未来在别人眼里不值一提，也许你已经很努力了可还是有人不满意，也许你的理想离你的距离从来没有拉近过......但请你继续向前走，因为别人看不到你的努力，你却始终看得见自己。

15、所有的辉煌和伟大，一定伴随着挫折和跌倒；所有的风光背后，一定都是一串串揉和着泪水和汗水的脚印。

16、成功的反义词不是失败，而是从未行动。有一天你总会明白，遗憾比失败更让你难以面对。

17、没有一件事情可以一下子把你打垮，也不会有一件事情可以让你一步登天，慢慢走，慢慢看，生命是一个慢慢累积的过程。

18、努力也许不等于成功，可是那段追逐梦想的努力，会让你找到一个更好的自己，一个沉默努力充实安静的自己。

19、你相信梦想，梦想才会相信你。有一种落差是，你配不上自己的野心，也辜负了所受的苦难。

20、生活不会按你想要的方式进行，它会给你一段时间，让你孤独、迷茫又沉默忧郁。但如果靠这段时间跟自己独处，多看一本书，去做可以做的事，放下过去的人，等你度过低潮，那些独处的时光必定能照亮你的路，也是这些不堪陪你成熟。所以，现在没那么糟，看似生活对你的亏欠，其实都是祝愿。11、人生的某些障碍，你是逃不掉的。与其费尽周折绕过去，55第八章塑性加工作者：陈瑞玲概述金属在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的产品(原材料、毛坯或零件)的加工方法，又称压力加工固态流动成形一.优点

1.力学性能优组织细、密，形成锻造流线

2.材料利用率高是通过材料转移(体积不变)的无屑成形，精密塑性加工方法可实现无切屑加工294第八章塑性加工作者：陈瑞玲294563.适应性较广合金种类与制品尺寸、重量范围广

4.生产率高易实现机械化、自动化二.局限

1.要求材料具有良好塑性

2.形状通常较铸件简单，特别是内腔

3.设备、模具投资费用高三.应用广泛用于工业生产各领域，制作各种原材料、机械设备等零件2953.适应性较广合金种类与制品尺寸、重量范围广295578.1锻造成形一.自由锻(一)概述

1.概念坯料在上下砧之间受压(冲击力或静压力)后，在非受力方向自由流动塑性变形，获得锻件

2.特点与应用

(1)工具简单，通用性较大，无需专用模具

(2)大、中、小型件均可锻造2968.1锻造成形一.自由锻29658(3)生产率较低，锻件形状简单，精度低，加工余量大，材料损耗多适于多品种、单件、小批生产，对于大型锻件，是唯一加工方法

3.设备

(1)空气锤(冲击力)

锻造小型件

(2)蒸汽-空气锤(冲击力)

锻造质量<1500kg的锻件

(3)水压机(静压力)

锻造质量达300t的锻件297(3)生产率较低，锻件形状简单，精度低，加工余量大，材料损59(二)自由锻工序

1.基本工序使金属坯料产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工序

(1)镦粗坯料高度减小、截面增大

(2)拔长坯料长度增加、截面减小

(3)冲孔在坯料上获得内孔还有弯曲、切割、扭转、错移等

2.辅助工序为方便基本工序操作，进行的预先变形工序，如压肩、倒棱、压钳口

3.精整工序减少锻件表面缺陷(不平、歪扭等)的工序，如滚圆平整、校正弯曲等298(二)自由锻工序29860(三)自由锻工艺规程的制订

1.绘制锻件图

以零件图为基础，结合自由锻特点绘制

(1)敷料为简化锻件形状，便于锻造而增加的一部分金属如锻不出的凹档、台阶、小孔、斜面、锥面等

(2)锻件余量自由锻件精度低，表面质量差，均要经切削加工制成零件，锻件上需增加供切削加工用的金属299(三)自由锻工艺规程的制订29961

锻件余量大小与零件形状、尺寸有关,具体可查表

(3)锻件公差锻件名义尺寸的允许变动量锻件名义尺寸=零件名义尺寸+(敷料)余量公差根据锻件形状、尺寸及生产条件选取300锻件图锻件余量大小与零件形状、尺寸有关,具体可查表300锻62

2.选择锻造工序

根据锻件形状和工序特点确定(1)盘类零件：镦粗(或拔长-镦粗)、冲孔等(2)轴类零件：拔长(或镦粗-拔长)、切肩、锻台阶等301齿轮零件图齿轮锻件图下料镦粗垫环局部镦粗冲孔冲子扩孔修整2.选择锻造工序301齿轮零件图齿轮锻件图下料镦粗垫环局冲63

3.坯料质量和尺寸计算

(1)坯料质量

m坯=m锻+m烧+m料头

m烧≈2.5m锻%

(2)坯料尺寸先根据坯料质量算出坯料体积再考虑锻造比与变形方式确定坯料截面尺寸锻造比y=

y值,可查有关手册然后确定坯料长度302变形前坯料截面积F0(或高度H0)变形后坯料截面积F(或高度H)3.坯料质量和尺寸计算302变形前坯料截面积F0(或高度H64

此外，还要选择锻造设备,确定锻造温度范围和锻后冷却规范等二.模锻(一)概述

1.概念

坯料在模具模膛内受压，在模膛限制下流动塑性变形，获得与模膛形状相符的锻件303此外，还要选择锻造设备,确定锻造温度范围和锻后冷却规范等65

2.优点(1)锻件精度高,加工余量小,表面粗糙度小，减少切削加工量，材料利用率高(2)可锻造形状较复杂的锻件(3)锻件流线分布较完整合理,力学性能高(4)生产率较高,易实现自动化

3.缺点

(1)模具制造费用高，不宜小批、单件生产

(2)受设备吨位限制，锻件重量一般<150kg

适于中小型锻件的大批生产，飞机、坦克、汽车、机车上的锻件中大部分是模锻件1.设备主要使用蒸汽-空气模锻锤3042.优点30466

模锻锤的锤击力大小与锤击频率可控，在各种模锻方法中具较好适应性模锻件质量为0.5～150kg2.锻模结构

3.模膛分类(按功用分)(1)模锻模膛

终锻模膛

锻件最终成形的模膛，其形状与锻件相同305模锻锤的锤击力大小与锤击频率可控，在各种模锻方法中具较67

要求:终锻模膛尺寸较锻件放大一个收缩量,沿模膛四周开飞边槽:强迫金属充填型腔,并容纳多余金属预锻模膛使终锻时金属容易充满终锻模膛，形状、尺寸接近终锻模膛,要求较终锻模膛圆角和斜度大、不设飞边槽形状简单、批量小的锻件可不设预锻模膛

(2)制坯模膛

(对形状复杂锻件)使坯料基本接近模锻形状，以利于金属很好充满模膛306要求:终锻模膛尺寸较锻件放大一个收缩量,30668

拔长模膛滚挤模膛弯曲模膛成形模膛

4.制订模锻工艺规程

(1)绘制模锻件图

(以零件图为基础)

分模面上下锻模在模锻件上的分界面307取不出锻件易错模孔锻不出模膛太深合理分模面拔长模膛滚挤模膛307取不出锻件易错模孔锻不出模69

选在模锻件最大截面上(上图左1)

分模面处上下模膛的轮廓相同(上图左2)

使模膛深度最浅(上图左3)

使锻件中敷料最少(上图左3)

尽量使分模面为平面，上下模膛深度差别不大

余量、公差和敷料模锻件余量与公差比自由锻件小：余量一般为1～4mm，偏差一般取±0.3～3mm锻件上孔径d≥25mm,且深度h≤2d孔应锻出,但需留冲孔连皮s,孔径为30～80mm时，s取4～8mm308s选在模锻件最大截面上(上图左1)308s70

模锻斜度

锻件上垂直与分模面的表面(侧壁)须具斜度,以便锻件从模膛中取出

模锻斜度通常取5°～15

模膛深度/模膛宽度(h/b)愈大，斜度值取得愈大内壁斜度2应较外壁斜度1大2°～5°

模锻圆角半径锻件上两表面交角处应有圆角,便于锻造时金属流动,防止模具尖角产生裂纹，并减少磨损，提高使用寿命309模锻斜度30971

外圆角半径r取1.5～12mm

内圆角半径R较r大2～3倍模膛愈深，圆角半径应愈大310齿轮坯模锻件图外圆角半径r取1.5～12mm310齿轮坯模锻件图72

(2)确定模锻工步主要根据锻件形状确定311锻件图坯料拔长成形预锻带枝芽长轴锻件的变形工艺锻件图坯料拔长弯曲叉形长轴锻件的变形工艺镦粗成形镦粗终锻

盘类件变形工艺(2)确定模锻工步主要根据锻件形状确定311锻件图坯73(3)修整工序切(飞)边和冲孔(切连皮)

校正(变形)

热处理

(正火或退火，改善组织与力学性能)

清理(改善表面质量)

精压(提高锻件精度，降低表面粗糙度)

此外，还要计算坯料尺寸、选择设备、确定加热冷却规范等312(3)修整工序31274(三)压力机上模锻

1.摩擦(螺旋)压力机摩擦压力机兼具锻锤与压力机双重特性，且结构简单，造价低，投资少，使用维修方便，中小型工厂用以代替模锻锤、曲柄压力机，进行中小型模锻件的小批中批生产，如铆钉、螺帽、配气阀、齿轮、三通阀体等313(三)压力机上模锻31375

2.曲柄压力机上模锻(1)滑块行程一定，模具具有顶件机构，故锻件形状、尺寸精度高，且可进行局部镦粗(2)作用力为静压力，可采用

组合模，节约了贵重金属(3)在模膛内一次成形，

因此变形应逐步进行(4)生产率高，劳动条件好但设备复杂，造价高，适合大批大量生产3142.曲柄压力机上模锻314768.2板料冲压成形一.概述(一)概念利用冲模使板料产生分离或成形(塑性变形)，获得冲压件的加工方法叫做冲压成形通常在冷态下进行，又称冷冲压，板厚超过8～10mm，采用热冲压(二)优点

1.可冲压形状复杂件

2.冲压件精度高，互换性好

3.冲压件质量轻、强度、刚性较高3158.2板料冲压成形一.概述31577

4.操作简便,易于自动化

5.生产率高,废料较少，冲压件成本低(三)局限

1.原材料必须具有足够塑性与较低变形抗力,如低碳钢、铜合金、铝合金、低碳低合金钢(板、条、带料)

2.模具制造复杂，费用高，不宜单件小批生产(四)应用应用广泛，特别是汽车、拖拉机、航空、电器、仪表及国防工业

适于大批量生产3164.操作简便,易于自动化31678(四)设备

1.剪床

平面剪床、滚剪

2.冲床单曲柄冲床、双曲柄冲床、油压冲床二.分离工序使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序(一)落料和冲孔(冲裁)

使坯料沿封闭轮廓分离的工序落料:要落下部分的料,

冲孔:要冲下的孔317落料冲孔(四)设备317落料冲孔791.冲裁过程2.冲裁凸凹模间隙间隙应合理，否则影响冲裁件断面质量、尺寸精度，以及模具寿命等合理间隙范围取决于板料材质和厚度(表8-1)318弹性变形阶段，出现圆角带塑性变形阶段，出现光亮带断裂分离阶段，产生撕裂带冲裁件1.冲裁过程318弹性变形阶段，出现圆角带塑性变形阶段，出现803.凸、凹模刃口尺寸的确定冲裁件尺寸和冲模间隙由凸、凹模刃口尺寸决定

(1)落料模凹模刃口尺寸

=落料件外形尺寸凸模刃口尺寸

=凹模刃口尺寸-间隙值

(2)冲孔模凸模刃口尺寸=冲孔件孔尺寸凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+间隙值3193.凸、凹模刃口尺寸的确定31981思考凹模式平面吗？思考凹模式平面吗？82产品产品83

考虑工作过程中的磨损：凹模刃口尺寸↑，导致落料件尺寸↑，故落料时取凹模刃口尺寸偏小些凸模刃口尺寸↓，导致冲孔件尺寸↓，故冲孔时取凸模刃口尺寸偏大些

4.冲裁力的计算是选用冲床吨位和设计检验模具强度的重要依据与冲裁周边长度、坯料厚度、材料抗剪强度有关320考虑工作过程中的磨损：32084(二)修整利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉冲裁件断面撕裂带和毛刺，提高冲裁件尺寸精度和降低断面表面粗糙度(三)切断用剪刀或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离321(二)修整32185三.成形工序坯料的一部分相对另一部分产生位移(塑性变形)而不破裂的工序(一)拉深

1.拉深过程

将平板坯料变形成开口中空件的成形工序322三.成形工序322863232.拉深系数

=拉深系数mm是衡量拉深变形程度的指标

m↓，变形程度↑，坯料拉入凹模愈困难，易拉裂.一般，拉伸系数m≮0.5～0.8坯料制品3232.拉深系数坯料制品87m受坯料塑性、板材厚度、模具圆角、凸凹模间隙、润滑条件、压板压力大小等因素影响对深腔拉深件，可采用多道次拉深，这样，每道次拉深系数不会太小，但总拉深系数变小(m总=m1×m2×m3×m

多道次拉深过程中，会产生加工硬化现象，因此，拉深几次后,应及时安排软化退火，以提高塑性，并且拉深系数应逐次增大324m受坯料塑性、板材厚度、模具圆角、凸凹模间隙、润滑条件883.拉深件的成形质量问题最常见的质量问题是破裂和起皱

(1)破裂通常出现在直壁与底部过渡圆角处，原因：凸凹模圆角半径设计不合理圆角半径过小易产生拉裂,

故模缘必须作成圆角凸凹模间隙不合理:间隙过小，摩擦力大，工件易拉裂、擦伤，模具寿命降低一般,凸凹模间隙z=(1.1～1.2)s3253.拉深件的成形质量问题32589

拉深系数过小:导致变形程度加大，拉深件直壁部分承受的拉应力加大，易拉裂模具表面精度和润滑条件差

(2)起皱(法兰部分)

无压边圈或压边力较小,法兰部分在切向压应力作用下产生皱折

板料相对厚度(s/D)、拉深系数m、压边力F0愈小，起皱愈容易326

圆角圆角压板拉深系数过小:导致变形程度加大，拉深件直壁部分承受90(二)弯曲使坯料一部分相对另一部分弯曲成一定角度

1.弯曲半径弯曲时，坯料内侧受压，外侧受拉弯曲太大，会造成工件开裂,坯料厚度s愈大，弯曲半径r愈小，压、拉应力愈大，愈易弯裂327压缩拉伸sr(二)弯曲327压缩拉伸sr91

为防止弯裂，弯曲半径r≮最小弯曲半径rmin,通常rmin＝(0.25～1)s

影响最小弯曲半径rmin的因素：

(1)坯料纤维方向(弯曲线与纤维方向直)(2)坯料塑性(塑性好)(3)坯料表面质量(表面质量好，光洁)2.回弹现象弯曲后因弹性恢复，制品的弯曲部位角度增大328为防止弯裂，弯曲半径r≮最小弯曲半径rmin,通常rm92

回弹角通常<10°，随坯料屈服强度、弯曲角度增大而增大

弯曲模具角度应较弯曲成品件角度小一个回弹角(三)胀形利用坯料局部厚度变薄成形的工序

1.平板坯料胀形(压筋)

在平板上压制突起、凹坑、加强筋、花纹图案、印记等329回弹角通常<10°，随坯料屈服强度、弯曲角度增大而增大93

2.管坯胀形使管坯或局部直径胀大，或形成复杂形状空心件(如波纹管、高压气瓶等)3.球体胀形在强大压力p的作用下，使球形多面体胀成球体

4.拉形在强大拉力p的作用下，坯料紧靠模型产生塑性变形，用于薄板大曲率半径曲面成形330蓝色多面体胀成球体2.管坯胀形330蓝色多面体94(四)翻边

使成形坯料的孔缘或外缘翻成竖直边缘

K0=d0/d翻边系数翻边系数K0愈小，变形程度愈大，翻边边缘会破裂331外翻边圆孔翻边(四)翻边331外翻边圆孔翻边95四.冲压模具

(一)简单冲模(1)冲床一次行程，完成一道冲压工序

(二)连续冲模(2)冲床一次行程，在模具不同工位上同时完成两道以上冲压工序

(三)组合冲模(3)冲床一次行程，在模具同一个工位上同时完成两道以上冲压工序332(1)(2)(3)四.冲压模具332(1)(2)(3)96五.实例

消音器加工333五.实例333978.3挤压、轧制、拉拔等成形一.挤压成形坯料在三向不均匀压应力作用下,从模具的孔口挤出成形,获得制品334金属流动方向正挤压凸模运动方向金属流动方向复合挤压径向挤压挤压可挤出形状复杂、深孔、薄壁、异形断面制品凸模运动方向反挤压8.3挤压、轧制、拉拔等成形一.挤压成形334金属流动方向98二.轧制成形坯料靠摩擦力咬入轧辊，在轧辊相互作用下产生变形

(一)纵轧轧辊轴线平行，反向旋转

1.型材轧制

2.辊锻轧制用一对装有圆弧形模块的相向旋转的轧辊使坯料受压产生塑性变形辊锻可用作模锻前的制坯，也可直接辊锻锻件，如板手等扁断面长杆件，叶片等横截面沿长度方向递减的锻件，连杆件335二.轧制成形335993.辗环轧制用来扩大环形坯料的外径和内径(二)横轧轧辊、坯料轴线平行，轧辊同向旋转3363.辗环轧制336100(三)斜轧(螺旋斜轧)带螺旋型槽的轧辊轴线相互交叉，同向旋转

轧件作螺旋运动(旋转+轴向运动)，同时受压塑性变形，获得制品，如钢球、丝杠、麻花钻等337丝杠斜轧麻花钻斜轧(三)斜轧(螺旋斜轧)337丝杠斜轧麻花钻斜轧101三.拉拔成形坯料从模孔拉出,产生截面缩小、长度增加的塑性变形,获得制品338模孔三.拉拔成形338模孔1028.4塑性加工零件的结构工艺性一.自由锻件结构工艺性原则：在满足使用要求的前提下，零件形状应尽量简单和规则

1.尽量避免锥面和斜面

2.不应设计空间曲线交接结构339不合理合理不合理不合理合理合理8.4塑性加工零件的结构工艺性一.自由锻件结构工艺性3391033.不应设计筋板、凸台4.避免椭圆形、工字形等它非规则形状截面5.截面急剧变化或形状复杂件采用组合结构如锻焊结构或机械连接340不合理合理不合理合理不合理合理3.不应设计筋板、凸台340不合理合理不合理合理不合理合理104二.模锻件结构工艺性

1.锻件具合理分模面

2.与分模面垂直的非加工侧壁按模锻斜度设计非加工表面形成的角按模锻圆角设计

3.锻件形状力求简单、平直、对称，避免截面间差别过大与高台、高筋、薄壁结构

4.避免窄沟、深沟、深孔、多孔结构

5.复杂件采用锻-焊组合结构341改进后二.模锻件结构工艺性341改进105三.冲压件结构工艺性(一)冲压件的形状与尺寸

1.对落料和冲孔件的要求

(1)落料件外形和孔形力求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等规则形状，避免长槽、细长悬臂结构342(2)孔径、孔间距、孔与边缘距离有最小限值三.冲压件结构工艺性342(2)孔径、孔间距、孔与边缘距离有106(3)边与边交接处应用圆弧连接，避免尖

(4)落料件的外形便于合理排料

2.对弯曲件的要求

(1)形状尽量对称，弯曲半径不能小于最小弯曲半径，并考虑原材料纤维方向

(2)弯曲部位与板料边缘及孔的距离有最小值343不合理合理(3)边与边交接处应用圆弧连接，避免尖343不合理合理107(3)弯曲半径较小的弯边交接处，设止裂孔

3.对拉深件的要求

(1)外形应尽量简单、对称，不要太高344止裂孔消音器原设计改进设计(2)拉深件圆角半径有一最小值(3)弯